دانشکده فنی و مهندسی گلپایگان

دانشکده مهندسی مکانیک

 

پایان‌نامه کارشناسی ارشد

گرایش طراحی کاربردی

 

عنوان:

شبیه‌سازی عددی پره‌های روتور پمپ توربومولکولی محوری

 

استاد راهنما:

دکتر بهمن اسدی

                                                        

دی‌ماه 1392

 

چکیده

در این پایان‌نامه، در زمینه فناوری خلأ، اهمیت، کاربرد و نقش این فناوری در صنعت و پیشبرد تحقیقات علمی، اصطلاحات فنی مرتبط با این فناوری، انواع پمپ‌های خلأ، کاربردها، مزیت و معایب هر یک از پمپ‌های خلأ، اهمیت مطالعه پمپ توربومولکولی محوری و کارهای انجام شده در این زمینه، مطالبی ارائه شده است. تمرکز عمده بر روش‌های شبیه‌سازی جریان در رژیم‌های مختلف و نتایج حاصل از آن بوده است. انواع پارامترهای هندسی پره، تاثیر گذار بر عملکرد سیالاتی پمپ معرفی و مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین چینش و علت چینش پره‌ روتور پمپ توربومولکولی محوری بیان شده است. با انجام شبیه‌سازی دیسک حلقه‌ای دوار به روش المان محدود و با نرم‌افزار انسیس ورک بنچ و همچنین حل الاستیسیته این پایان‌نامه پی گرفته شده است. در این شبیه‌سازی و حل الاستیسیته، فرض بر تغییر شکل کوچک بر اثر سرعت پایین چرخش روتور بوده است. سپس شبیه‌سازی عددی پره روتور با فرض تغییر شکل بزرگ بر اثر سرعت چرخش بالای روتور صورت گرفته است و برنامه کامپیوتری که بتواند از حل الاستیسیته با فرض تغییر شکل کوچک، ماکزیمم مقادیر تنش ون مایزز و تغییر شکل را در تغییر شکل بزرگ پیش‌بینی کند، تهیه شده است. در ادامه دو دیسک حلقه‌ای دوار متصل به هم، حل تحلیلی و شبیه‌سازی عددی شده است. همچنین پره ردیف‌های مختلف روتور پمپ توربومولکولی محوری مدل‌سازی و شبیه‌سازی عددی شده است. تاثیر ضخامت و ارتفاع پره بر نتایج شبیه‌سازی ارائه شده است. در ادامه تاثیر پروفیل‌های مختلف پره بر نتایج شبیه‌سازی مورد بررسی قرار گرفته است. در پایان مدل جدیدی از پره روتور ساخته شده از دو جنس ارائه و مورد بررسی و مقایسه با پره ساخته شده از یک جنس قرار گرفته است. لازم به ذکر است در قسمت‌هایی مانند دیسک روتور که نتایج به صورت تحلیلی قابل به ارائه بوده است، تهیه و برای اعتبارسنجی شبیه‌سازی عددی مورد استفاده قرار گرفته است. حل تحلیلی و شبیه‌سازی عددی مطابقت خوبی داشته‌اند.

کلمات کلیدی: خلأ، پمپ توربومولکولی، شبیه‌سازی، پره روتور، تحلیل تنش و کرنش، دیسک حلقه‌ای دوار، پروفیل

 

فهرست مطالب

صفحه تصویب‌نامه                                                                                                          الف

گواهی صحت و اصالت پایان نامه و مجوز بهره برداری                                                                ب

 

1- فصل اول: مقدمه  1

1-1-     تعریف مسأله  2

1-2-     ضرورت و اهمیت مطالعه تکنولوژی سیستم‌های خلأ   4

1-2-1- ویژگی‌های فناوری سیستم‌های خلأ   4

1-3-     معرفی تکنولوژی خلأ   5

1-3-1- تعریف خلأ یا وکیوم  6

1-3-2- کاربردهای خلأ و فرایندهای متداول تحت سیستم‎های خلأ   6

1-3-2-1-       کاربرد خلأ در صنایع   9

1-3-3- اصطلاحات مورد استفاده در فیزیک خلأ   10

1-3-3-1-       واحد‌های خلأسنجی   11

1-3-3-2-       مسیر یا پویش آزاد میانگین   12

1-3-3-3-       اعداد بی‌بعد رینولدز و نادسن   13

1-3-3-4-       نسبت تراکم پمپ    14

1-3-3-5-       سرعت پمپاژ  14

1-3-3-6-       ظرفیت پمپاژ  14

1-3-3-7-       نشت    15

1-3-4- تقسیم‌بندی خلأ به نواحی مختلف بر اساس محدوده فشار  15

1-3-5- رژیم‌های مختلف جریان گازی   16

1-3-5-1-       جریان پیوسته یا لزج   17

1-3-5-2-       جریان لغزشی یا انتقالی یا نادسن   18

1-3-5-3-       جریان مولکولی   19

1-4-     انواع پمپ‌های خلأ و کاربردهای آن‌ها 21

1-4-1- پمپ‌های ایده‌آل   22

1-4-2- پمپ‌های واقعی   22

1-4-3- انواع پمپ‌های خلأ   25

1-4-3-1-       پمپ‌های ایجاد کننده خلأ کم و متوسط   26

1-4-3-2-       پمپ‌های ایجاد کننده خلأ بالا و فوق بالا  26

1-5-     پمپ توربومولکولی محوری   32

1-5-1- ضرورت مطالعه پمپ توربومولکولی محوری   34

1-6-     پیشینه پژوهش     37

1-7-     اهداف تحقیق حاضر  42

1-8-     رئوس مطالب تحقیق   43

1-9-     نکات منحصر به فرد پایان‌نامه  45

2- فصل دوم: بررسی جریان سیال در پمپ توربومولکولی محوری  

2-1-     مبانی تئوری جریان مولکولی  

2-1-1- انواع مدل‌های ریاضی جهت بررسی جریان در پمپ توربومولکولی  

2-1-2- تاریخچه کاربرد روش مونت کارلو 

2-1-3- حل مستقیم جریان مولکولی به روش مونت کارلو 

2-1-4- حل مستقیم جریان مولکولی به روش ذره نمونه مونت کارلو 

2-1-5- برخورد مولکول‌های گاز در حال تعادل با سطح جامد 

2-1-6- بررسی اثر دو مشخصه مهم پمپ توربومولکولی  

2-1-7- بررسی اثر سرعت و زاویه پره بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری  

2-2-     بررسی اثر نشتی بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری  

2-3-     بررسی اثر تغییر زاویه گوه پره بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری در مقایسه با پره‌های موازی  

2-4-     بررسی اثر ارتفاع پره بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری  

2-5-     بررسی اثر فاصله دو پره به وتر پره بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری  

2-6-     بررسی اثر لقی بین روتور و استاتور بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری  

2-7-     بررسی تاثیر پروفیل بدنه پره روتور بر عملکرد پمپ توربومولکولی محوری  

2-8-     بررسی افزایش عملکرد پمپ توربومولکولی محوری با ترکیب پمپ مولکولی درگ   

2-9-     بررسی و مقایسه عملکرد چند پمپ تجاری توربومولکولی  

2-10-نتیجه‌گیری  

2-11-ساختار و نحوه چینش پره‌های پمپ توربومولکولی محوری  

3- فصل سوم: شبیه‌سازی دوبعدی دیسک و سه‌بعدی پره‌های پمپ توربومولکولی محوری  

3-1-     روش‌های حل عددی   Error! Bookmark not defined.

3-1-1- روش تفاضل محدود 

3-1-2- روش المان محدود 

3-1-3- روش المان مرزی  

3-2-     معرفی برنامه انسیس ورک بنچ  

3-3-     حل تحلیلی و عددی دو بعدی دیسک حلقه‌ای دوار 

3-3-1- مبانی نظری و استخراج معادلات با فرض الاستیسیته مسأله 

3-3-2- ویرایش و اصلاح معادلات استخراجی از حل الاستیسیته 

3-3-2-1-       معادلات اصلاحی ویرایش شده 

3-3-2-2-       نتایج معادلات اصلاحی دیسک حلقه‌ای در سرعت چرخش 18000 دور بر دقیقه 

3-3-2-3-       نتایج معادلات اصلاحی دیسک حلقه‌ای در سرعت چرخش 250000 دور بر دقیقه 

3-3-3- بررسی تاثیر سرعت زاویه‌ای بر حداکثر جابه‌جایی، تنش دیسک حلقه‌ای دوار 

3-3-4- حداکثر سرعت زاویه‌ای مجاز دیسک حلقه‌ای دوار 

3-4-     حل تحلیلی و عددی دو بعدی، دو دیسک حلقه‌ای دوار متصل به هم  

براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد 

نظرات شما عزیزان: